10萬(wàn)噸聚碳酸酯工藝設(shè)計(jì)

1、I年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠初步設(shè)計(jì) 摘 要 聚碳酸酯是由雙酚A鈉鹽與光氣進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物簡(jiǎn)聚體進(jìn)行縮聚反應(yīng)獲得。本設(shè)計(jì)時(shí)年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚碳酸酯廠工藝設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了工藝計(jì)算、設(shè)備選型，并繪制了全廠平面布置圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、車間的立面圖和平面圖。關(guān)鍵詞：聚碳酸酯，雙酚A，工藝，圖Polycarbonate Process of The Technological Designof 100,000 t Polycarbonate Per YearABSTRACTPolycarbonate is deserved by the Bisphenol-A of Sodium salt and ph

2、osgene. This indication is to design for a chemical factory, which produce100,000 t Polycarbonate process yearly. It include the main equipment computation and the shaping in the technical process of Polycarbonate CHP, entire factory floor-plan, synthetic CHP total flow chart, workshops elevation an

3、d horizontal plan.KEY WORDS： Polycarbonate，Bisphenol-A ，Technology ，ChartIII目 錄1 概述11.1設(shè)計(jì)依據(jù)11.1.1課題背景11.1.2我國(guó)聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀11.1.3國(guó)際聚碳酸酯需求概況21.2設(shè)計(jì)依據(jù)31.3設(shè)計(jì)原則31.4設(shè)計(jì)任務(wù)31.5 勞動(dòng)安全衛(wèi)生42 工藝設(shè)計(jì)52.1工藝流程設(shè)計(jì)52.1.1 工藝流程設(shè)計(jì)的重要性52.1.2 工藝流程設(shè)計(jì)的原則52.1.3 工藝流程選擇分析與研究52.1.4 工藝流程設(shè)計(jì)62.1.5生產(chǎn)工藝流程敘述72.1.6工藝流程設(shè)計(jì)參數(shù)82.2工藝計(jì)算82.2.1物料衡算82.2.

4、2熱量衡算143 工藝計(jì)算與設(shè)備選型183.1 塔的工藝與選型183.1.1 T101183.1.2最小回流比的計(jì)算193.1.3全塔理論塔板數(shù)203.1.4 精餾段理論塔板數(shù)213.1.5板效率及實(shí)際塔板數(shù)223.1.6塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算223.1.7塔板負(fù)荷性能方程263.3 氣流干燥器的工藝計(jì)算與選型313.4 過濾設(shè)備的工藝計(jì)算與選型354 設(shè)備型號(hào)一覽表384.1 泵的選擇384.2 容器、罐的選擇394.3冷凝器、再沸器的選擇405廠制和廠址選擇425.1廠制概況425.1.1工廠組織425.1.2工作制度425.1.3人員配備425.2廠址選擇435.2.1 建廠依據(jù)435

5、.2.2 指導(dǎo)方針435.2.3 選廠經(jīng)過436 全廠總平面設(shè)計(jì)446.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)和步驟446.1.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)446.1.2工廠組織446.2總平面設(shè)計(jì)原則446.3總平面布置評(píng)述457 公用工程和輔助設(shè)計(jì)方案478 設(shè)計(jì)結(jié)果518.1設(shè)計(jì)成果518.2圖紙及比例51總 結(jié)52致 謝53參 考 文 獻(xiàn)5457年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠設(shè)計(jì)1 概述1.1設(shè)計(jì)依據(jù)1.1.1聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀由于世界金融市場(chǎng)處于混亂狀態(tài)，2009年亞洲雙酚A(BPA)市場(chǎng)，將繼續(xù)面臨困難時(shí)期的挑戰(zhàn)，除非經(jīng)濟(jì)走勢(shì)上行，來(lái)自下游環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)工業(yè)的需求才會(huì)稍有提升。一家亞洲貿(mào)易商于表示，要使雙酚

6、A(BPA)市場(chǎng)上揚(yáng)，至少在今后6個(gè)月以后。隨著雙酚A(BPA)現(xiàn)貨的急劇下滑，該工業(yè)處于不景氣狀態(tài)。截至2008年12月，雙酚A(BPA)價(jià)格與當(dāng)年7月相比、下降了近40%。由于全球金融市場(chǎng)惡化和經(jīng)濟(jì)衰退帶來(lái)的影響，來(lái)自聚碳酸酯(PC)和環(huán)氧樹脂工業(yè)需求的疲軟，而導(dǎo)致雙酚A(BPA)市場(chǎng)的不振，將可能會(huì)持續(xù)到年底。雖然新的環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)，生產(chǎn)裝置已于2008年投運(yùn)，但經(jīng)濟(jì)的下行趨勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，已大大擠壓了一些公司的邊際利潤(rùn)，迫使一些生產(chǎn)商降低開工率或延長(zhǎng)裝置停工期。雙酚A(BPA)發(fā)展在2008年也受到一些負(fù)面的影響，來(lái)自與雙酚A(BPA)接觸的健康危害的爭(zhēng)論，已促使一些國(guó)家如

7、加拿大在食品容器應(yīng)用中禁用這種化學(xué)品。鑒于終端用戶減少購(gòu)買量，亞洲地區(qū)一些雙酚A(BPA)生產(chǎn)商紛紛降低開工率，以減少這種高成本材料不斷增多的庫(kù)存。中國(guó)大多數(shù)環(huán)氧樹脂裝置，目前開工率都在5060%。中國(guó)石化集團(tuán)公司-三井化學(xué)公司合資的，10萬(wàn)噸/年雙酚A(BPA)裝置于2008年12月投產(chǎn)后，又使該地區(qū)新增了供應(yīng)量，預(yù)計(jì)雙酚A(BPA)價(jià)格一度會(huì)下跌至底線。另外貿(mào)易商和終端用戶的調(diào)查指出，如果需求繼續(xù)疲軟，則對(duì)雙酚A(BPA)價(jià)格的支撐會(huì)很小。2009年也會(huì)出現(xiàn)一些新的貿(mào)易動(dòng)向，中國(guó)與東南亞國(guó)家聯(lián)盟(ASEAN)成員國(guó)之間的自由貿(mào)易協(xié)定(FTA)將實(shí)施，按照新的法則，雙酚A(BPA)從ASEA

8、N出口將執(zhí)行零關(guān)稅。東南亞國(guó)家聯(lián)盟(ASEAN)有2家主要的雙酚A(BPA)生產(chǎn)商：拜耳公司在泰國(guó)擁有16萬(wàn)噸/年裝置，三井化學(xué)公司在新加坡?lián)碛?3萬(wàn)噸/年裝置。1.1.2課題背景聚碳酸酯（簡(jiǎn)稱）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。聚碳酸酯是一種性能優(yōu)異的通用工程塑料，自問世以來(lái)迅速在發(fā)達(dá)國(guó)家形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且技術(shù)持續(xù)發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于聚碳酸酯光學(xué)透明性好、抗沖擊強(qiáng)度高，并具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐蠕變

9、性、抗寒性、電絕緣性和阻燃性等特點(diǎn)，使之在透明建筑板材、電子電器、光盤媒介、汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。聚碳酸酯的應(yīng)用開發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，目前已推出了光盤、汽車、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產(chǎn)品各自專用的品級(jí)牌號(hào)。我國(guó)在聚碳酸酯研發(fā)上雖起步較早，先后有不少企業(yè)進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)，但由于工藝技術(shù)落后、生產(chǎn)裝置規(guī)模較小、產(chǎn)能低、產(chǎn)品質(zhì)量差，目前僅剩一家企業(yè)維持生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的聚碳酸酯不得不大量依賴進(jìn)口。因此，大力加強(qiáng)聚碳酸酯研發(fā)，加速實(shí)現(xiàn)其規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，已成為國(guó)家的重要戰(zhàn)略需求。我國(guó)聚碳酸酯長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口，2000年進(jìn)口量為23萬(wàn)噸，到2008年增至101

10、.7萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了近4倍，2008年國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的表觀消費(fèi)量接近80萬(wàn)噸，未來(lái)幾年將保持10-15%的增長(zhǎng)率。中國(guó)聚碳酸酯的產(chǎn)能僅為26萬(wàn)噸，而且絕大部分為合資或獨(dú)資企業(yè)，對(duì)外依存度非常高。對(duì)我國(guó)聚碳酸酯生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，加快技術(shù)進(jìn)步已刻不容緩。1.1.3聚碳酸酯市場(chǎng)需求概況20世紀(jì)末，世界聚碳酸酯的產(chǎn)量約114萬(wàn)噸，聚碳酸酯按功能特性分為一系列品級(jí)，如通用級(jí)、透明級(jí)、醫(yī)藥食品級(jí)等。各品級(jí)又可進(jìn)一步細(xì)分為更多的具體牌號(hào)。一些大的生產(chǎn)廠商可提供幾十個(gè)品級(jí)、上百個(gè)牌號(hào)產(chǎn)品。聚碳酸酯的應(yīng)用開發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專業(yè)化、系列化方向發(fā)展。2004 年世界聚碳酸酯表觀消費(fèi)量278.2 萬(wàn)t,光學(xué)介質(zhì)是聚碳酸酯

11、消費(fèi)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域, 消費(fèi)比例占24%; 其次是電子/電氣和建材, 各占19%; 汽車約占13%,詳見下表1-3 全球聚碳酸酯消費(fèi)表用途北美/萬(wàn)t西歐/萬(wàn)t日本/萬(wàn)t亞洲其他/萬(wàn)t其他/萬(wàn)t合計(jì)/萬(wàn)t比例%汽車13.57.13.010.02.035.613電子電器7.511.56.122.95.053.019片材13.513.36.114.17.054.019光學(xué)介質(zhì)11.012.03.536.94.067.024其他18.57.16.628.87.668.625合計(jì)64.051.025.3112.325.6278.2100北美的汽車產(chǎn)業(yè)所消費(fèi)的聚碳酸酯遠(yuǎn)高于西歐、日本及其它地區(qū), 約占全球汽

12、車領(lǐng)域消費(fèi)量的38 %。歐洲受氣候影響, 對(duì)制造絕熱玻璃的薄膜和片材需求較高, 占全球該類產(chǎn)品總消費(fèi)量的25%。亞洲地區(qū)( 不包括日本) 在電子、電器產(chǎn)品和光學(xué)相關(guān)產(chǎn)品領(lǐng)域消費(fèi)的聚碳酸酯在世界所占比例相當(dāng)高, 電子、電器領(lǐng)域占全球該類產(chǎn)品消費(fèi)量43%, 光學(xué)產(chǎn)品占全球該類產(chǎn)品消費(fèi)量54%.可見國(guó)外聚碳酸酯應(yīng)用的最大的市場(chǎng)是電子/電氣(寶庫(kù)計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備和光盤)，透明薄板和片材以及汽車工業(yè)。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，聚碳酸酯的需求量將持續(xù)增長(zhǎng)，亞太、拉丁美洲將是增長(zhǎng)最快的地區(qū)。預(yù)計(jì)到2007年，世界聚碳酸酯的需求量將達(dá)到億噸，其中計(jì)算機(jī)、光盤等信息產(chǎn)業(yè)方面的增長(zhǎng)最快。 1.2設(shè)計(jì)原則(1)遵守法則，

13、法規(guī)，貫徹黨的基本建設(shè)方針，實(shí)事求是，因地制宜(2)合理利用國(guó)家資源和財(cái)產(chǎn)，最大限度的發(fā)揮硬件設(shè)施的內(nèi)在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成本；(3)采用成熟的。先進(jìn)的工藝流程，設(shè)備，學(xué)習(xí)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?，F(xiàn)代化提高產(chǎn)品的科技含量；(4)一輕化工業(yè)產(chǎn)品批量小、品種多的特點(diǎn)，努力做到“一錢多用，一錢多能”，是本廠具有較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)力； (5)盡可能創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件，以利于勞動(dòng)工人的身心健康；(6)大多數(shù)廠房，特別是主要生產(chǎn)車間的布置，應(yīng)考慮到日照方位和主導(dǎo)風(fēng)向，保證自然通風(fēng)，廠前區(qū)和防污染的車間放在上風(fēng)向，產(chǎn)生粉塵、煙、熱等的車間及易燃庫(kù)布置在下風(fēng)向；(7)近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展相結(jié)合，

14、主要生產(chǎn)車間留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地，輕化工工廠變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數(shù)工藝流程更新快，這要求在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)留有較大的預(yù)留地，以滿足工廠發(fā)展變化的需要；(8)為保證平面圖具有建筑藝術(shù)性，廠房形狀要規(guī)則簡(jiǎn)單，使道路徑直，廠房中心線保持垂直或平行；(9)采取各種措施，提高建筑系數(shù)和場(chǎng)地利用稀疏。建筑系數(shù)一般為25%40%，場(chǎng)地利用系數(shù)一般為50%60%，這是總平面設(shè)計(jì)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠設(shè)計(jì)，完成對(duì)廠址的選擇和對(duì)工藝流程的可行性分析，進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，主要設(shè)備的計(jì)算和選型，畫出工藝流程圖，主要的反應(yīng)設(shè)備裝置圖，全廠平面圖以及各車間平面布置圖與

15、立面圖。 1.4 環(huán)境保護(hù)及三廢處理 隨著世界特別是我國(guó)環(huán)境的明顯惡化，國(guó)民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐步提高，為了我們生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護(hù)環(huán)境。對(duì)污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據(jù)環(huán)境保護(hù)法及相應(yīng)的可行性研究、環(huán)保報(bào)告和初審意見來(lái)確定，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)員工環(huán)保意識(shí)的教育，對(duì)表現(xiàn)比較好者給予物質(zhì)上面的獎(jiǎng)勵(lì)，引領(lǐng)其他員工向他們學(xué)習(xí)。同時(shí)我們將嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)對(duì)化工企業(yè)環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)：(1)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)-GB3838-88；(2)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)-GB3095-96；(3)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)-GB3096-93；(4)工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)-GB12

16、348-90；(5)車間空氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度；(6)居民區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度；(7)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)-GB8978-96；(8)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)-GB13271-91；(9)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)-GB16297-1996。經(jīng)處理過的排入城鎮(zhèn)排水管道的工業(yè)廢水和生活廢水，應(yīng)符合：(1)水溫不高于40；(2)不產(chǎn)生易燃易爆和有毒氣體；(3)不傷害養(yǎng)護(hù)人員；(4)對(duì)病原體必須嚴(yán)格消毒滅菌；(5)有毒物質(zhì)最高容許濃度應(yīng)符合工業(yè)“三廢”排放試行規(guī)定。 對(duì)于廢渣一般采用填埋、焚化、堆肥前應(yīng)取得衛(wèi)生部門的同意，不允許污染水源土壤。局部派出的有害氣體應(yīng)凈化回收后再向大氣排放。1.5

17、勞動(dòng)安全衛(wèi)生工業(yè)衛(wèi)生包括防塵防毒、防暑降溫、防寒防濕、防噪音、振動(dòng)控制等，對(duì)于一般化工廠有一定的規(guī)定。(一)根據(jù)車間對(duì)勞動(dòng)保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)范工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)TJ36-79規(guī)定：浴室：衛(wèi)生等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的車間應(yīng)設(shè)車間浴室，三級(jí)在車間附近貨場(chǎng)去附近設(shè)集中浴室，四季可在居住區(qū)設(shè)集中浴室?？赡芤鸾?jīng)皮膚吸收急性中毒的車間一設(shè)事故淋浴。(二)更衣室：一級(jí)車間的存衣室，便服、工作服應(yīng)分別存放。二級(jí)車間的存衣室，便服、工作服可同室存放。三級(jí)車間的存衣室，便服、工作服可同室存放，存放室和休息室和并設(shè)置。四級(jí)車間的存衣室和休息室和并設(shè)置，可在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)存放工作服。易沾染經(jīng)皮膚吸收的有毒氣體的車間，設(shè)置洗衣房。2

18、 工藝設(shè)計(jì)2.1工藝流程設(shè)計(jì)2.1.1 工藝流程設(shè)計(jì)的重要性(1)工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。工藝流程設(shè)計(jì)是工廠設(shè)計(jì)中最主要的內(nèi)容，是工藝設(shè)計(jì)的核心。因?yàn)楣に嚵鞒淘O(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定車間的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、操作條件、安全生產(chǎn)、三廢治理、經(jīng)濟(jì)效益等一系列根本性問題。(2)工藝流程設(shè)計(jì)是物料衡算、設(shè)備選型的基礎(chǔ)。從哲學(xué)角度來(lái)說，工藝流程設(shè)計(jì)是定性分析工作階段，物料衡算是定量計(jì)算階段。一般來(lái)說，先定性后定量，所以，工藝流程設(shè)計(jì)是物料衡算的前提和基礎(chǔ)。2.1.2 工藝流程設(shè)計(jì)的原則(1)先進(jìn)性工藝流程的先進(jìn)性從兩個(gè)方面考慮：一方面是技術(shù)的先進(jìn)；一方面是經(jīng)濟(jì)上的合理。兩方面同等重要，缺一不可。(2

19、)可靠性所設(shè)計(jì)的工藝流程必須可靠即經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)小試、中試，證明技術(shù)是成熟的，生產(chǎn)安全可靠，才可以設(shè)計(jì)選用。(3)結(jié)合國(guó)情，因地制宜工藝流程的選擇從技術(shù)角度來(lái)說，應(yīng)盡量采用新工藝、新技術(shù)，單從具體情況考慮，并不必選擇國(guó)外的先進(jìn)的技術(shù)。因?yàn)閲?guó)外的技術(shù)往往價(jià)格較高，技術(shù)保密性強(qiáng)，沒有實(shí)用價(jià)值。所以，結(jié)合實(shí)際，選擇自己易于掌握和改進(jìn)的技術(shù)要方便、實(shí)用。2.1.3 工藝流程選擇分析與研究目前，聚碳酸酯的生產(chǎn)方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。(1)溶液光氣法該工藝是將光氣通入含有雙酚A堿性水溶液和二氯甲烷溶劑中進(jìn)行進(jìn)行界面縮聚反應(yīng)，然后將聚合物從溶液中分離出來(lái)。與其它的生產(chǎn)方法

20、相比，溶液光氣法由于經(jīng)濟(jì)性較差已完全淘汰。(2)酯交換法酯交換法又稱傳統(tǒng)熔融工藝，其實(shí)也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚原料，經(jīng)過光氣法反應(yīng)生成碳酸二苯酯，然后再鹵化鋰等催化劑和添加存在下和雙酚A進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成低聚物，在進(jìn)一步縮聚得到聚碳酸酯。盡管該工藝生成成本低于其它生產(chǎn)工藝，但由于其生產(chǎn)出來(lái)的聚碳酸酯光學(xué)性能較差，催化劑易污染，并且由于存在副產(chǎn)品酚而導(dǎo)致產(chǎn)品分子量較低，應(yīng)用范圍有限，因此限制了該工藝的商業(yè)應(yīng)用。(3)界面縮聚光氣法界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時(shí)加入酚，然后送入光氣反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)

21、器內(nèi)，加入三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對(duì)有機(jī)相進(jìn)行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。(4)非光氣法非光氣法是先以液相氧化碳基法生產(chǎn)碳酸二甲酯(DMC)，再與醋酸苯酯酯交換生成碳酸二苯酯(DPC)，然后在熔融狀態(tài)下與雙酚A進(jìn)行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯。因此無(wú)副產(chǎn)物，基本無(wú)污染，特別是不使用劇毒光氣，因此深受世界各大公司的重視，紛紛致力開發(fā)。綜上所述，非光氣法工藝是一種全封閉、無(wú)副產(chǎn)物、污染少、符合環(huán)境要求的綠色工藝，已經(jīng)由外國(guó)公司研究成功，但是由于國(guó)內(nèi)仍在研究發(fā)展中，工藝不成熟，本設(shè)計(jì)不采用，而界面縮聚光氣法工藝成熟，反映在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求不高

22、，產(chǎn)品質(zhì)量好，尤其是截止2004年底，全世界聚碳酸酯總生產(chǎn)能力接近3.3Mta 。其中光氣法生產(chǎn)工藝約占總生產(chǎn)能力的90%。所以本設(shè)計(jì)采用界面縮聚光氣法。2.1.4 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程的設(shè)計(jì)參照各方資料，盡量做到簡(jiǎn)單高效。主要工藝采取界面光氣法進(jìn)行聚碳酸酯的合成。界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時(shí)加入酚，然后送入光氣反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)器內(nèi)，加入三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對(duì)有機(jī)相進(jìn)行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。在設(shè)計(jì)過程中盡可能多的省去了不必要的繁冗過程。務(wù)求工

23、藝流程的簡(jiǎn)潔高效，而必不可少的設(shè)備要設(shè)計(jì)地能夠經(jīng)受不良環(huán)境的考驗(yàn)。以下為大體的工藝流程圖。 聚碳酸酯生產(chǎn)流程圖2.1.5生產(chǎn)工藝流程敘述(1)雙酚A鈉鹽合成反應(yīng)將氫氧化鈉水溶液(7%)通入反應(yīng)釜(R101)中，同時(shí)加入的還有苯酚、雙酚A、亞硫酸氫鈉。攪拌反應(yīng)一小時(shí)，由釜底出料進(jìn)入儲(chǔ)罐,然后由泵打入冷卻器(H103)冷卻到10，再送入攪拌反應(yīng)釜(R102)中。(2)光氣反應(yīng)將來(lái)自光氣站的光氣通過穩(wěn)壓罐(V101)和緩沖罐(V102)進(jìn)入冷卻器(H102)冷卻到 5然后與來(lái)自二氯甲烷儲(chǔ)罐的溫度為5的二氯甲烷混合進(jìn)入光氣反應(yīng)釜。同時(shí)進(jìn)入的還有來(lái)自換熱器(H103)的雙酚A鈉鹽混合液。攪拌反應(yīng)一小時(shí)，

24、控溫在20左右。反應(yīng)完全，將多余的光氣通入緩沖罐(V102)中。通入氮?dú)猓瑢⒎磻?yīng)液壓入油水分離器(V105)，氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉水溶液由油水分離器頂部出去，再進(jìn)入反應(yīng)釜(R106)中，其中加入氯化鋇，攪拌反應(yīng)半小時(shí)，生成沉淀亞硫酸鋇，將反應(yīng)液通入板式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾。濾液分成兩部分一部分送回反應(yīng)釜(R101)繼續(xù)利用，另一部分通道反應(yīng)釜(R107)中與加入的氯化氫溶液反應(yīng)半小時(shí)，然后把反應(yīng)液通入水處理車間。由誰(shuí)有分離器底部出來(lái)的有機(jī)相，由泵通入反應(yīng)釜(R103)。(3)縮聚反應(yīng)將來(lái)自水油分離器(R103)的有機(jī)相在堿性條件下，三甲基芐基作為催化劑，進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為一小時(shí)，控溫在2

25、5。反應(yīng)完畢后加入甲酸中和反應(yīng)液中的堿液，測(cè)pH為3左右方可，然后進(jìn)行水洗，直至水洗液中沒有氯離子為止。將反應(yīng)液通入儲(chǔ)罐中。(4)后處理有機(jī)相通入反應(yīng)釜(R104)中，再加入沉淀劑丙酮攪拌半小時(shí)，將含有末狀物的反應(yīng)液通入轉(zhuǎn)鼓真空過濾器中，將分離出的產(chǎn)品PC通過短管型氣流干燥器和真空箱干燥器，的末狀產(chǎn)物，在通過擠出造粒的產(chǎn)品PC。由真空過濾器分離出的有機(jī)相通入儲(chǔ)罐中，通過泵打到蒸餾釜(R105)中進(jìn)行蒸餾，蒸餾時(shí)間一小時(shí)，控溫在60。二氯甲烷和丙酮變成蒸汽有釜頂進(jìn)入換熱器(H104)中，冷卻至溫度20，進(jìn)入精餾塔(T101)中，塔頂出二氯甲烷，塔底出丙酮。來(lái)自蒸餾釜(R105)釜底的有機(jī)相先進(jìn)入

26、換熱器(H107)中，冷卻到20，然后進(jìn)入精餾塔(T102)，塔頂出苯碳酰氯，塔底出簡(jiǎn)聚體和催化劑。2.1.6工藝設(shè)計(jì)損失率原料廠外運(yùn)輸損失率% 0.5原料廠外運(yùn)輸損失率% 0.5產(chǎn)品廠里儲(chǔ)運(yùn)損失率% 0.5產(chǎn)率% 85 2.2工藝計(jì)算2.2.1物料衡算1)：物料衡算的原理方法步驟(1)：原理對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定過程,物料衡算的方程是：M=M出 (2-1)即： 初始輸入量=最終輸出量    對(duì)不連續(xù)過程,物料衡算的方程為：   M=M出+M累積 (2-2)即：初始輸入量+生成輸入量=最終輸出量+消耗量(2)：方法本設(shè)計(jì)屬于連續(xù)反應(yīng),采用第一種

27、計(jì)算方法(3)：步驟：a：收集數(shù)據(jù)：原理,產(chǎn)品規(guī)格 ：過程單位時(shí)間的物流量 ：有關(guān)消耗定額 ：有關(guān)轉(zhuǎn)化率選擇性單程收率b：畫物料流程圖,確定衡算對(duì)象,根據(jù)題目要求它可以是總物料某個(gè)組分某個(gè)元素等c：確定衡算范圍：根據(jù)題目要求它可以是一個(gè)系統(tǒng)一個(gè)車間某個(gè)設(shè)備等;某個(gè)設(shè)備的局部等 d：確定衡算基準(zhǔn)： 根據(jù)題目要求它可以是單位質(zhì)量單位時(shí)間等e：列出輸入輸出物料平衡表：2)：物料衡算過程(1)：收集數(shù)據(jù)表2-1原料性質(zhì)原料名稱密度(Kg/m3)摩爾質(zhì)量(g/mol)沸點(diǎn)()含量(%)比熱容J/(mol.)光氣1381998.39957.7二氯甲烷133685409850.88雙酚A1150228360

28、.598426.34氫氧化鈉25(2)：確定單位時(shí)間內(nèi)物流量： 年工作天數(shù)：365-(t1+t2+t3)選擇不連續(xù)工作制度：T1=52+1+1+2+3=59(其中對(duì)于工廠,星期六照常上班,故只有星期天休息,一年52周共52天,再加上勞動(dòng)節(jié)1天,元旦1天,國(guó)慶節(jié)2天,春節(jié)3天)T2-設(shè)備大中小修及正常檢修總天數(shù),反應(yīng)釜取6天/年T3-設(shè)備加工不同物料時(shí)的換料時(shí)間(不計(jì))故年工作天數(shù)=365-(52+7+6)=300d/a聚碳酸酯日產(chǎn)量：100000t/a÷300d/a=334t/d(3)：由已知消耗定額(以每噸產(chǎn)品計(jì))消耗定額是指生產(chǎn)每噸合格產(chǎn)品需要的原料輔料

29、及試劑等的消耗量表2-2 消耗定額光氣489.24Kg/1t二氯甲烷4427.4Kg/1t雙酚A968.8Kg/1t氫氧化鈉565.13Kg/1t水9202Kg/1t(4)：原料日凈耗量：光氣： 489.24Kg/t×334t/d=163406Kg/d 二氯甲烷： 4427.4Kg/t×334t/d=1478751.6Kg/d 雙酚A： 968.8Kg/t×334t/d=323579.2Kg/d 氫氧化鈉： 565.13Kg/t×334t/d=188753.4Kg/d 原料年凈耗量：光氣： 163406Kg/d÷1000Kg/t×30

30、0d/a=49021.8t/a 二氯甲烷 1478751.6Kg/d÷1000Kg/t×300d/a=443625.48t/a 雙酚A： 323579.2Kg/t÷1000Kg/t×300d/a=97073.76t/a 氫氧化鈉： 188753.4Kg/d÷1000Kg/t×300d/a=56626.02t/a 原料廠內(nèi)貯存運(yùn)輸損失率為5%,則聚碳酸酯工廠的原料年入廠量：光氣： 49021.8t/a÷(1-0.05)=51601.9t/a 二氯甲烷： 443625.48t/a÷(1-0.05)=466974.2t/

31、a 雙酚A： 97073.76t/a÷(1-0.05)=102182.9t/a 氫氧化鈉： 56626.02t/a÷(1-0.05)=59606.3t/a又原料廠外運(yùn)輸損失率為5%,則DDS皮革鞣劑工廠的原料年外購(gòu)量光氣： 51601.9t/a÷(1-0.05)=54317.8t/a 二氯甲烷： 466974.2t/a÷(1-0.05)=491551.8t/a 雙酚A： 102182.9t/a÷(1-0.05)=107560.9t/a 氫氧化鈉： 59606.3t/a÷(1-0.05)=62743.5t/a (5)：衡算結(jié)果表2-3

32、物料衡算一覽表（1）原料消耗定額(Kg/t)轉(zhuǎn)化率(%)單程收率(%)日凈耗量(Kg/d)原料年凈耗量(t/a)損失率(%)廠內(nèi)年儲(chǔ)量(t/a)年訂貨量(t/a)光氣489.24989516340649021.8551601.954317.8二氯甲烷4427.498951478751.6443625.4845466974.2491551.8雙酚A968.89895323579.297073.765102182.9107560.9NaOH565.139895188753.456626.02559606.362743.5(6)：合成聚碳酸酯生產(chǎn)流程圖(7)：確定衡算范圍,并進(jìn)行深入計(jì)算： ： 雙酚

33、A鈉鹽合成釜： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 雙酚A： 13482.5Kg/h 氫氧化鈉： 7864.7 Kg/h 苯酚： 69.6 Kg/h 亞硫酸氫鈉： 23.6 Kg/h 水： 104488.2 Kg/h每小時(shí)出料量為： 雙酚A鈉鹽： 16084.4 Kg/h 氫氧化鈉： 3134.0 Kg/h 苯酚： 69.6 Kg/h 亞硫酸鈉： 28.6 Kg/h 水： 106617.0 Kg/h合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 125928.6 Kg/h每小時(shí)出料量為： 125928.6 Kg/h ：光氣釜：每小時(shí)進(jìn)料量為：雙酚A鈉鹽： 16084.4Kg/h光氣： 6808.6Kg/h二氯甲烷： 61614.7

34、Kg/h苯酚：69.6 Kg/h亞硫酸鈉：28.6 Kg/h氫氧化鈉：3134.0Kg/h水： 106617.0 Kg/h每小時(shí)出料量為：二氯甲烷： 61614.7Kg/h光氣： 952.4 Kg/h亞硫酸鈉：28.6Kg/h氫氧化鈉：3107.5 Kg/h簡(jiǎn)聚體：16173.1 Kg/h氯化鈉：5765.5 Kg/h苯酰氯;95.1Kg/h水： 106617.0Kg/h合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 194353.9 Kg/h每小時(shí)出料量為： 194353.9Kg/h：縮聚釜： 每小時(shí)進(jìn)料量為：三乙胺： 81.0Kg/h簡(jiǎn)聚體：16173.1 Kg/h二氯甲烷：61614.7Kg/h氫氧化鈉：48

35、51.9 Kg/h苯酰氯：95.1Kg/h水：14555.8Kg/h每小時(shí)出料量為：三乙胺： 81.0 Kg/h聚碳酸酯： 15596.5 Kg/h簡(jiǎn)聚體： 323.46 Kg/h苯酰氯： 95.1 Kg/h二氯甲烷： 61614.7 Kg/h氫氧化鈉： 4851.9Kg/h氯化鈉： 576.6 Kg/h水： 14555.8 Kg/h合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 97371.6 Kg/h每小時(shí)出料量為： 97371.6Kg/h：蒸餾釜：每小時(shí)進(jìn)料量為： 催化劑： 81.0Kg/h 簡(jiǎn)聚體：323.5 Kg/h苯酰氯：95.1 Kg/h二氯甲烷：61614.7 Kg/h 丙酮： 20000 Kg/h

36、 聚碳酸酯： 15596.5 Kg/h每小時(shí)出料量為：催化劑： 81.0Kg/h簡(jiǎn)聚體： 323.5 Kg/h苯酰氯： 95.1Kg/h二氯甲烷： 61614.7Kg/h丙酮： 20000Kg/h聚碳酸酯： 15596.5 Kg/h合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 97710.8 Kg/h每小時(shí)出料量為： 97710.8Kg/h(8)：列出輸入-輸出物料衡算平衡表1. 雙酚A鈉鹽合成釜： 表2-4 物料衡算一覽表（2）名稱進(jìn)料出料Kg/hKmol/hW%Mol%Kg/hKmol/hW%Mol%雙酚A13482.559.110.71.0氫氧化鈉7864.7196.66.23.23134.078.352.

37、51.3苯酚69.60.70.150.269.60.80.10.07亞硫酸氫鈉23.60.30.050.10.1雙酚A鈉鹽16084.459.112.80.9亞硫酸鈉28.60.30.03水104488.25804.982.995.5106617.05923.284.597.7 2. 光氣反應(yīng)釜：表2-5物料衡算一覽表（3）名稱進(jìn)料出料Kg/hKmol/hW%Mol%Kg/hKmol/hW%Mol%雙酚A鈉鹽16084.459.18.30.8光氣6808.668.83.61.0952.49.60.50.13二氯甲烷61614.7724.931.610.661614.7724.931.610.5

38、苯酚69.60.80.060.07亞硫酸鈉28.60.30.040.0328.60.30.040.02氫氧化鈉3134.078.351.61.13107.577.71.61.1簡(jiǎn)聚體16173.163.78.30.9苯酰氯95.10.80.160.05氯化鈉5765.598.43.01.4水106617.05923.254.886.4106617.05923.254.885.93.縮聚反應(yīng)釜： 表2-6 物料衡算一覽表（4）名稱進(jìn)料出料kg/hkmol/hW%mol%kg/hkmol/hW%mol%催化劑81.00.40.040.0681.00.40.040.03簡(jiǎn)聚體16173.163.71

39、6.63.7323.51.30.30.1氫氧化鈉4851.9121.35.07.14851.9121.312.37.0二氯甲烷61614.7724.963.342.161614.7724.963.341.9苯酰氯95.10.80.060.1495.10.80.060.07聚碳酸酯15596.561.47.83.6氯化鈉576.69.80.60.5水14555.8808.715.046.914555.8808.715.046.84.蒸餾釜：表2-7物料衡算一覽表（5）名稱進(jìn)料出料kg/hkmol/hW%mol%kg/hkol/hW%mol%催化劑81.00.40.040.0681.00.40.0

40、40.06簡(jiǎn)聚體323.51.30.30.15323.51.30.30.15苯酰氯95.10.80.060.0995.10.80.060.09二氯甲烷61614.7724.963.163.961614.7724.963.163.9聚碳酸酯15596.561.416.05.415596.561.416.05.4丙酮20000344.820.530.420000344.820.530.42.2.2熱量衡算(一) 計(jì)算的基本原理化工生產(chǎn)過程往往伴隨著能量的變化，尤其是反應(yīng)過程，為維持在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，常有熱量的加入或放出。因此能量衡算也是化工設(shè)計(jì)中及其重要的組成部分，能量衡算是以熱力學(xué)第一定律為

41、依據(jù)，能量是熱能、電能、化學(xué)能、動(dòng)能、輻射能的總稱?；どa(chǎn)中最常用的 能量形式為熱能，故化工設(shè)計(jì)中經(jīng)常把能量計(jì)算稱為熱量計(jì)算。通過熱量衡算可確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，以此為設(shè)計(jì)傳熱型設(shè)備的形式、尺寸、傳熱面積等并為反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離及各種儀表等提供參數(shù)，以確定單位產(chǎn)品的能量消耗指標(biāo)；同時(shí)也為非工藝專業(yè)(熱工、電、給水、冷暖)設(shè)計(jì)停工設(shè)計(jì)條件做準(zhǔn)備。熱量計(jì)算與設(shè)備計(jì)算的關(guān)系非常密切，因此經(jīng)常將熱量放在設(shè)備工藝計(jì)算內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。一般在 物料計(jì)算后先粗算一個(gè)過程的設(shè)備臺(tái)數(shù)大小，設(shè)定一個(gè)基本形式和傳熱形式，然后進(jìn)行該設(shè)備的熱量計(jì)算，如熱量計(jì)算的 結(jié)果與設(shè)備形式、大小有矛盾，

42、則必須重新設(shè)計(jì)設(shè)備的 大小和形式或加上適當(dāng)?shù)母郊?，以使設(shè)備既能滿足物料衡算的要求又能滿足熱量衡算的要求。能量衡算的基本方程式根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為：式中，體系總能量變化； 體系從環(huán)境中吸收的能量； 環(huán)境對(duì)體系所做的功；在熱量衡算中，如果無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實(shí)際中對(duì)傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： 其中：所處理的物料帶入設(shè)備的熱量； 換熱劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量(符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“”)；化學(xué)反應(yīng)熱(符號(hào)規(guī)定過程放熱為“+”，過程吸熱為“”)；離開設(shè)備物料帶走的熱量；設(shè)備消耗熱量；設(shè)備向周圍散失的熱量，又稱熱損失;(二) 熱量衡算 (1)雙酚A鈉鹽合成釜 進(jìn)料溫度與出料溫度：表2-8 物料衡算一覽表（6）進(jìn)料介質(zhì)溫度出料介質(zhì)溫度氫氧化鈉20雙酚A鈉鹽25亞硫酸氫鈉20氫氧化鈉：25苯酚20苯酚25雙酚A20亞硫酸鈉25水2025反應(yīng)式為：由于各種物料都是在常溫下加入，所以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程可求得化學(xué)反應(yīng)熱，所以